Kapitel I -> Moleküle des Lebens 1
Themen DNA, Polysaccharide, Lipide, Proteine Literatur V. B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. D. Watson. 1997. Molecular biology of the cell. New York: Garland Publishing Inc. A. L. Lehninger, D. R. Nelson, E. C. Cox. 2000. Principles of Biochemistry: Worth Publisher, INC. F. Lottspeich, H. Zorbas. 1998. Bioanalytik. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer. Biochemistry.New York. W. H. Freeman and Company. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/?term=dna%20histones%20and%20stryer[book] 2
Moleküle in wässriger Umgebung = δ http://www.access excellence.org/rc/vl/gg/ chembonds1.php 3
Wechselwirkung mit hydrophilen und hydrophoben Oberflächen = δ http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/chembonds1.php 4
Inter- und intramolekulare Kräfte in wässriger Lösung -> Wasserstoffbrückenbindungen http://www.access excellence.org/rc/vl/gg/ chembonds1.php 5
Inter- und intramolekulare Kräfte in wässriger Lösung -> VanDerWaals/Lennard-Jones Potenzielle Energie Φ eines Teilchens im Kraftfeld eines im Ursprung r=0 fixierten Teilchens Pauli Abstoßung Abstandsabhängigkeit r -12 van der Waals Anziehung Abstandsabhängigkeit r -6 Dipol -Dipol Wechselwirkung (fluktuierende elektrische Ladungen) Summe: Lennard Jones Potential 6
Inter- und intramolekulare Kräfte in wässriger Lösung -> Elektrostatische Wechselwirkung http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/ chembonds1.php
Viele kleine Kräfte halten das Leben zusammen Hydrophobe WW (Ausschluss von Wasser) Wasserstoffbrücken Elektrostatische WW van der Waals WW 8 kj/mol ( 100 mev) 11 kj/mol ( 150 mev) 15 kj/mol ( 200 mev) 1-5 kj/mol ( 5-50 mev) zum Vergleich thermische Energie kovalente Bindungen 2 kj/mol ( 25 mev/teilchen) bis zu 400 kj/mol
Bausteine der Makromoleküle Sugars, fatty acids, amino acids, and nucleotides constitute the four main families of small organic molecules in cells. They form the monomeric building blocks, or subunits, for most of the macromolecules and other assemblies of the cell. Some, like the sugars and the fatty acids, are also energy sources. http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/chembonds1.php 9
Makromoleküle in Zellen 10
DNA im Zellkern http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=datei: Genom_bsteinmann.jpg&filetimestamp=20060609171237 Länge der menschlichen DNA im Zellkern jeder Zelle: 1,80m Ø Zellkern: 5-16 µm http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/ 1/1a/Chromosom.svg/1000px-Chromosom.svg.png 11
DNA/RNA 1953 theoretische Struktur durch Watson und Crick experimentell durch Franklin 1962 Nobelpreis an Watson, Wilson und Crick Franklin starb bereits 1958 12
Bausteine der DNA/RNA in RNA deoxyribose in DNA http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/ garland_pdfs/gar_pdf_indx.php 13
Base Pairs - a Detailed Picture Courtesy: National Human Genome Research Institute 14
DNA and RNA Structure http://www.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/anjum04/ RNA_sstrand.jpg 15
DNA Coiling in Chromosomen Molekulardynamiksimulationen http://www.accessexcellence.org/rc/ VL/GG/chemBonds1.php 16
DNA im Zellkern http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=datei: Genom_bsteinmann.jpg&filetimestamp=20060609171237 Länge der menschlichen DNA im Zellkern jeder Zelle: 1,80m Ø Zellkern: 5-16 µm http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/ 1/1a/Chromosom.svg/1000px-Chromosom.svg.png 17
Die Menge der DNA im Genom variiert stark zwischen den Lebewesen und hängt nicht von seiner Größe oder Komplexität ab Genom (Erbgut) = Summe aller Gene eines Lebewesens 18
Zuckermoleküle (Saccharide) http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/ garland_pdfs/gar_pdf_indx.php 19
Di-, Oligo- und Polysaccharide Speicherstoff Stärke -> Polysaccharid homolog zu Glycogen -> α-1,4-glykosidischen Verknüpfungen bei Überhitzung (>170 C) von Stärken (Backen, Braten, Rösten, Grillen und Frittieren) in Gegenwart der Aminosäure Asparagin entsteht das möglicherweise Krebs erregende Acrylamid http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/chembonds1.php 20
Glycogen bei Überhitzung (>170 C) von Stärken (Backen, Braten, Rösten, Grillen und Frittieren) in Gegenwart der Aminosäure Asparagin entsteht das möglicherweise Krebs erregende Acrylamid Speicherstoff Stärke -> Polysaccharid homolog zu Glycogen -> α-1,4-glykosidischen Verknüpfungen Glykogen dient der kurz- bis mittelfristigen Speicherung und Bereitstellung des Energieträgers Glucose im menschlichen und tierischen Organismus Leber- und Muskelzellen -> Überangebot von Kohlenhydraten -> Glykogen wird aufgebaut -> vermehrter Energiebedarf Glykogenspeicher wird bei Bedarf wieder zu Glucose aufgespalten -> Glucose wird über das Blut dem Gesamtorganismus zur Verfügung gestellt http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/chembonds1.php 21
Lipide sind amphiphil -> Kompartimente http:// www.accessexcellen ce.org/rc/vl/gg/ garland_pdfs/ gar_pdf_indx.php 22
Lipide und Zellmembran Abgrenzung und Barriere http://www.cedarville.edu/personal/hk/phospholipid.gif http://www.accessexcellence.org/rc/vl/gg/chembonds1.php 23
Fluidität von Zellmembranen funktionalisiertes Styroporkügelchen wird mit Hilfe einer optischen Pinzette an die Membran gebunden http://www.accessexcellence.org/rc/ VL/GG/chemBonds1.php 24
Aminosäuren, die Bausteine der Proteine 1998 by Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. http://www.essentialcellbiology.com Published by Garland Publishing, a member of the Taylor & Francis Group. 25
Aminosäuren, die Bausteine der Proteine 1998 by Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. http://www.essentialcellbiology.com Published by Garland Publishing, a member of the Taylor & Francis Group. 26
Aminosäuren, die Bausteine der Proteine 1998 by Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. http://www.essentialcellbiology.com Published by Garland Publishing, a member of the Taylor & Francis Group. 27
Peptidkette 1998 by Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. http://www.essentialcellbiology.com Published by Garland Publishing, a member of the Taylor & Francis Group. 28
Kovalente Bindung zwischen zwei nicht benachbarten Aminosäuren im Protein kovalente Bindung zwischen den Schwefel-Atomen zweier Cysteine three letter code Cys one letter code C 29
Peptidbindung 30
Jedes Protein hat exakt eine dreidimensionale Struktur 1998 by Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. http://www.essentialcellbiology.com Published by Garland Publishing, a member of the Taylor & Francis Group. 31
Peptidrückgrat ist drehbar um die Winkel Phi Φ und Psi Ψ 32
Sekundärstrukturen in Proteinen α-helix 33
Sekundärstrukturen in Proteinen β-faltblatt 34
Sekundärstrukturen in Proteinen beta Sheet 35
Sekundärstrukturen in Proteinen Disulfidbrücken 36
Tertiärstruktur 37
Erste Proteinstruktur Myoglobin Kendrew und Perutz 1962 den Nobelpreis für Chemie. KENDREW JC, BODO G, DINTZIS HM, PARRISH RG, WYCKOFF H, PHILLIPS DC: A three-dimensional model of the myoglobin molecule obtained by x-ray analysis. In: Nature. 181, Nr. 4610, March 1958, S. 662 6 38
Proteine sind die Maschinen der Zelle Beispiele Erkennungsprozesse Transport Struktur Katalyse Signale Durchlässigkeit Motoren -> Antikörper, Rezeptoren -> Hämoglobin -> Mikrotubuli, Aktin -> Enzyme -> Signalproteine -> Membrankanäle -> Myosin, Kinesin 39
Kapitel II -> analytische Techniken 40